Le câblage par ultrason
Depuis des décennies, Le câblage par ultrasons est devenu l’un des processus les plus importants dans le packaging microélectronique, en raison de sa grande flexibilité et de sa rentabilité.
Il est utilisé pour interconnecter toutes sortes de composants microélectroniques comme les dispositifs semi-conducteurs, les puces, les LED, les substrats (PCB) , etc.
Le procédé lui-même utilise les ultrasons, la force et la température pour souder les fils métalliques à leurs pads dédiés. Le raccordement intermétallique se fait sans fusion des matériaux ;
par conséquent, l’interconnexion des fils avec leurs pads est appelé « procédé de soudage à froid ».
Il existe une multitude de fils et d’outils adaptés à toutes sortes de besoins spécifiques.
Pour répondre aux besoins techniques diverses, allant des circuits intégrés de taille de plus en plus réduites fin jusqu’à l’électronique de haute puissance, le range de câblage va des fils de diamètres très faible (12 µm) jusqu’aux fils dédiés puissance (500µm) ou ruban (300×2000µm).
Alors que la technologie wedge bonding est disponible pour le câblage de gros fil (>100µm) et fin fil (<75µm), technologie ball bonding est exclusivement dédié au fin fil.
Les deux principales méthodes de câblage
Le Ball Bonding et le câblage Wedge Bonding
Dans ces deux procédés, une distinction est faite entre les différentes techniques.
- Le câblage par ultrasons pour les fils ne nécessite pas de chauffe (ie fil aluminium, fin fil, gros fil, ruban, technologie wedge bonding)
- Le câblage thermosonique pour les fils nécessite une chauffe (ie fin fil et ruban or, technologie wedge bonding)
- Le câblage par thermocompression (Technologie ball bonding nécessite ou non une chauffe, ie fin fil or ou cuivre)
Les critères d’application déterminent la technologie de câblage requise ainsi que le processus de câblage lui correspondant.
Processus de soudage pour câblage
ultrasonique et thermosonique
- Mise en contact du fil et de son pad dédié :
Tout d’abord, l’outil de câblage presse le fil sur le substrat et le déforme légèrement. - Élimination de la contamination :
Le fil oscille sur le pad par les ultrasons fournit par la sonotrode de l’équipement de câblage. Ce mouvement permet l’accroche entre le fil et le pad et élimine les impuretés mineures. - Soudage de la surface :
Les particules du fil et du pad de liaison s’assemblent et forment une connexion intermétallique.
Le câblage ultrasonique s’applique pour le gros fil (100µm à 500µm) et ruban Alu (jusqu’à 300µmx2000µm), il est utilisé dans l’électronique de puissance (LED, batteries et secteur automobile) .
Le câblage thermosonique est aussi utilisé pour le ruban or
Les avantages du ruban sont :
- la faible résistance et la dissipation thermique considérable.
- Stabilité et reproductibilité des boucles : fréquemment utilisés dans la technologie RF.
- Spécificité du processus de câblage « ruban or »:
- En raison de la grande surface de câblage, la plupart des paramètres de câblage doivent être élevés (Ultrason et Force).
- Le ruban doit être alimenté à partir de la bobine à travers l’outil sans aucune torsion, un dérouleur spécifique peut être nécessaire.
- Pour des câblages stables, une chauffe du substrat à 120 °C est nécessaire (contre 90° pour le fil or)
Processus de soudage pour la thermocompression
- Le fil (diamètre compris entre 12µm et 60µm) est passé à travers un capillaire monté sur sur la sonotrode.
- Une flamme électrique (par décharge d’un condensateur : EFO) fait fondre le fil. La tension superficielle du fil forme en une boule uniforme.
- Cette boule est pressée par le du capillaire sur le son pad de destination et soudée suivant le même processus que le câblage thermosonique : Force, (Température) et Ultrasons.
- Pour la deuxième soudure, le bord du capillaire (rayon extérieur) est pressé sur le fil et déforme le fil avec la pression et la puissance ultrasonique.
- Le fil est ensuite arraché et une nouvelle boule d’or est formée par la décharge de l’EFO.
Crédit : TPT